حصاد الضوء لزراعة الغذاء والطاقة النظيفة معًا.. توليد الكهرباء أثناء إنتاج المحاصيل

يحاول الناس بشكل متزايد زراعة كل من الغذاء، والطاقة النظيفة على نفس الأرض للمساعدة في مواجهة تحديات تغير المناخ، والجفاف، وتزايد عدد سكان العالم الذين تجاوزوا 8 مليارات.

يشمل هذا الجهد الخلايا الزراعية، التي تُزرع فيها المحاصيل تحت ظلال الألواح الشمسية، من الناحية المثالية بمياه أقل.

الآن يبحث علماء من جامعة كاليفورنيا، في كيفية حصاد الشمس بشكل أفضل – وطيفها الضوئي الأمثل – لجعل الأنظمة الفلطائية الزراعية أكثر كفاءة في المناطق الزراعية القاحلة مثل كاليفورنيا.

وجدت دراستهم ، التي نُشرت في Earth’s Future ، أن الجزء الأحمر من طيف الضوء أكثر كفاءة في زراعة النباتات ، بينما يستخدم الجزء الأزرق من الطيف بشكل أفضل لإنتاج الطاقة الشمسية.

الاهتمام بالخلايا الزراعية

يمكن أن تساعد نتائج الدراسة في توجيه الاهتمام العالمي بالخلايا الزراعية وتحديد التطبيقات المحتملة لتلك الأنظمة.

قال المؤلف المراسل مجدي أبو نجم، الأستاذ المشارك في قسم الموارد الأرضية والجوية والمائية وزميل في معهد UC Davis للبيئة: “هذه الورقة هي بمثابة فتح الباب لجميع أنواع التقدم التكنولوجي”.

أجرى الدراسة مع المؤلف الأول Matteo Camporese من جامعة Padova في إيطاليا، والذي جاء إلى UC Davis بصفته باحثًا زائرًا في برنامج فولبرايت، “تأخذ الألواح الشمسية اليوم كل الضوء وتحاول الاستفادة منها على أفضل وجه، ولكن ماذا لو استطاع جيل جديد من الخلايا الكهروضوئية أن يأخذ الضوء الأزرق للحصول على طاقة نظيفة ويمرر الضوء الأحمر إلى المحاصيل، حيث يكون أكثر فعالية في التمثيل الضوئي؟ “

بالنسبة للدراسة ، طور العلماء نموذجًا لعملية التمثيل الضوئي والنتح لحساب أطياف الضوء المختلفة. أعاد النموذج إنتاج استجابة النباتات المختلفة ، بما في ذلك الخس والريحان والفراولة، إلى أطياف الضوء المختلفة في ظروف المختبر الخاضعة للرقابة. ا

قترح تحليل الحساسية أنه من الأفضل تصفية الجزء الأزرق من الطيف لإنتاج الطاقة الشمسية بينما يمكن تحسين الطيف الأحمر لزراعة الطعام.

تم اختبار هذا العمل بشكل أكبر في الصيف الماضي على نباتات الطماطم في مجالات البحوث الزراعية بجامعة كاليفورنيا في ديفيس بالتعاون مع الأستاذ المساعد في جامعة كاليفورنيا في ديفيس أندريه دكاش من قسم الهندسة البيولوجية والزراعية.

ضوء توجيه

وأشارت الدراسة إلى أنه في عصر تقلص الأراضي الصالحة للحياة، فإن فهم كيفية استجابة النباتات لأطياف الضوء المختلفة يعد خطوة أساسية نحو تصميم أنظمة توازن بين الإدارة المستدامة للأراضي واستخدام المياه وإنتاج الغذاء.

وقال أبو نجم: “لا يمكننا إطعام ملياري شخص إضافي خلال 30 عامًا من خلال زيادة كفاءة استخدام المياه قليلاً والاستمرار كما نفعل”،”نحن بحاجة إلى شيء تحويلي ، وليس تدريجيًا، إذا تعاملنا مع الشمس كمورد ، فيمكننا العمل مع الظل وتوليد الكهرباء أثناء إنتاج المحاصيل تحتها، تصبح الكيلووات في الساعة محصولًا ثانويًا يمكنك حصاده.”